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细胞固定化技术在制药中的应用一、细胞固定化技术概述细胞固定化技术是一种将细胞或酶固定于载体上，形成特定的固定化系统从而实现催化功能或合成生产的技术。
细胞固定化技术已广泛应用于制药、食品、环保等领域。
细胞固定化的优点是可以提高酶或细胞的稳定性、耐受性和催化效率，同时降低运行成本。
二、制药中细胞固定化技术的应用1. 生物合成在生物制药领域，利用细胞固定化技术可使细胞在生长和代谢过程中维持长期稳定性，提高生产效率。
例如，利用固定化细胞生产生长激素和转化因子，可以降低成本，提高产量。
同样的，利用固定化细胞合成青霉素和链霉素等抗生素，也可以提高收率和稳定性。
2. 药物代谢性能研究细胞固定化技术可用于药物代谢性能研究。
利用细胞固定化技术，可以建立高效、可靠的药物代谢酶模型，对药物代谢途径进行分析和评价。
同时，还可应用于对药物的毒理学研究。
3. 肿瘤治疗利用细胞固定化技术生产肿瘤治疗药物，可以提高抗肿瘤药物的疗效和耐受性，降低副作用和毒性。
如，固定化细胞生产的细胞毒素可靶向肿瘤细胞并杀死它们，对治疗肿瘤有较好的效果。
三、各种细胞固定化技术的优缺点1. 滴定法利用滴定法将细胞悬浮液滴入凝胶中，使其逐渐凝固形成固定化细胞。
这种方法操作简单，成本低，适用于规模较小的生产。
但是，凝胶的阻力大，不利于氧气和营养物质的进出。
2. 包埋法将细胞直接包埋于凝胶中，形成固定化细胞。
这样可以保护细胞，但凝胶的成分和物理性质很难保证一致性，因此制备工作量大，也不利于细胞的氧气和营养物质的进出。
3. 真空降温法将细胞或酶悬浮液置于低温真空中冷冻干燥，然后用特殊处理的沸石或陶粒等介质在常温下进行固定化。
真空降温法可以保留细胞活力，可以大量生产，适合规模化生产。
但是，操作比较复杂且需要特殊的设备和介质。
4. 细胞外固定化法利用聚合物和载体具有催化能力（如陶瓷、金属等）对细胞或酶进行固定化。
细胞外固定化可提高稳定性和耐受性，但是具体的固定化效率与固定化材料的选择和制备有关。
固定化技术应用－酶和细胞的固定化试题中出现固定酶能不能催化一系列反应，查找资料，没有权威资料认为已经存在催化系列反应的酶，应该是研究方向。
选修知识的考查已经出现应用方向，也拓展到了技术的前景。
也就是说，需要在教学中创设情境适当扩大知识面，结合试题进行教学会收到很好的效果，如固定化酶技术可以拓展到固定化细胞。
问题：固定化技术以及发展前景如何？什么是固定化酶？什么是固定化细胞？011.固定化酶技术固定化酶技术是用物理或化学手段。
将游离酶封锁住固体材料或限制在一定区域内进行活跃的、特有的催化作用，并可回收长时间使用的一种技术。
酶的固定化技术已经成为酶应用领域中的一个主要研究方向。
经固定化的酶与游离酶相比具有稳定性高、回收方便、易于控制、可反复使用、成本低廉等优点，在生物工业、医学及临床诊断、化学分析、环境保护、能源开发以及基础研究等方面发挥了重要作用。
2.固定化酶技术的发展以前，固定化酶技术是把从生物体内提取出来的酶，用人工方法固定在载体上。
1916年Nelson和GrImn最先发现了酶的固定化现象。
科学家们就开始了同定化酶的研究工作。
1969年日本一家制药公司第一次将固定化的酰化氨基酸水解酶用于从混合氨基酸中生产L－氮基酸，开辟了固定化酶在工业生产中的新纪元。
我国的固定化酶研究开始于1970年，首先是微生物所和上海生化所的工作者开始了固定化酶的研究。
当今，固定化酶技术发展方向是无载体的酶固定化技术。
邱广亮等用磁性聚乙二醇胶体粒子作载体，采用吸附－交联法，制备出具有磁响应性的固定化糖化酶，简称磁性酶(M I E)一方面由于载体具有两亲性，M I E可稳定的分散于水相或有机相中，充分的进行酶催化反应；另一方面，由于载体具有磁响应性，M I E又可借助外部磁场简单地回收，反复使用，大大提高酶的使用效率。
Puleo等将钛合金表面用丙烯酸胺等离子体处理引入氨基，然后将含碳硝化甘油接枝于钛合金表面，或者将等离子体处理的钛合金先由琥珀酸酐处理，再用含碳硝化甘油接枝，进而将溶菌酶和骨形态蛋白进行固定，实现了生物分子在生物惰性金属上的固定化。
细胞的固定化方法
1. 凝胶固定化：将细胞悬浮液和凝胶混合，然后使其凝固。
凝胶可以是物理凝胶（如琼脂、聚丙烯酰胺）或化学凝胶（如明胶、半乳糖）
2. 微胶囊固定化：将细胞包裹在微小的胶囊中。
微胶囊可以是物理制备的（如油水混合法）或化学制备的（如酞菁染料-聚乙烯醇复合物制备法）
3. 纤维固定化：将细胞培养在纤维网上，使其附着在纤维上成为固定化细胞
4. 包埋固定化：将细胞嵌入固定化的基质中，如蜡、树脂、玻璃等
5. 电化学固定化：将细胞电化学固定化在电极表面，如金属电极或碳材料电极。
这种方法可用于微生物电化学反应和电生物学研究。
6. 3D打印固定化：使用3D打印技术将细胞固定化在支架上，构建细胞组织工程。
酶及细胞固定化技术酶作为生物体内的催化剂，具有高效性和高特异性的特点。
但在工业生产中，酶稳定性差、易流失，造成成本过高，限制其广泛应用。
因此将酶采用固定化技术，使酶在发挥其高效、专一性同时，还能增强酶的贮存稳定性，提高了生产效率，节约了成本。
本文对酶和细胞的固定化技术进行综述。
【关键词】酶细胞固定化载体应用酶及细胞固定化技术是生物技术的重要组成部分。
20世纪60年代出现了固定化酶技术，60年代末固定化酶技术用于工业生产，70年代出现了固定化细胞技术，80年代又发展了固定化增殖细胞技术以及包括辅助因子在内的固定化多酶反应体系技术。
工程技术日益成熟，成为近代工业生产中不可缺少的组成部分。
所谓固定化技术，是指利用化学或物理手段将游离的酶或细胞（微生物），定位于限定的空间区域并使其保持活性和可反复使用的一种基本技术，包括固定化酶技术和固定化细胞技术。
固定化细胞的制备方法是多种多样的，任何一种限制细胞自由流动的技术，都可以用于制备固定化细胞。
一般来说，固定化技术大致可以分成吸附法、共价结合法、交联法和包埋法等4大类，其中以包埋法使用最为普遍。
一、固定化技术分类1.吸附法很多细胞都有吸附到固体物质表面的能力，这种吸附能力可以是天生具有的，也可以是经过处理诱导产生的，依靠这种吸附能力，人们发展起许多廉价而又有效的固定化方法。
吸附法可分为物理吸附法和离子吸附法，前者是使用具有高度吸附能力的硅胶、活性炭、多孔玻璃、石英砂和纤维素等吸附剂将细胞吸附到表面上使之固定化，是一种最古老的方法，操作简单、反应条件温和、载体可以反复利用，但结合不牢固，细胞易脱落。
后者根据细胞在解离状态下可因静电引力（即离子键合作用）而固着于带有相异电荷的离子交换剂上，如DEAE-纤维素、DEAE-Sephadex、CM-纤维素等。
2.共價结合法共价结合法是细胞表面上功能团和固相支持物表面的反应基团之间形成化学共价键连接，从而成为固定化细胞。
固定化细胞技术综述及其应用张弘扬1401024103 高娟丽1401024122天津农学院农学与资源环境生物技术（1）班摘要固定化细胞是将动植物或微生物细胞固定于合适的不溶性载体上的一种技术，它既可以提高生产效率和生产能力、延长生产周期，又易于细胞的分离和回收。
在生物、医药、环境保护、食品工业等方面得到了广泛应用。
本文主要介绍了固定化细胞技术的方法，载体的选择与应用，综述了固定化细胞技术在工业、环境中的应用，并对其发展前景进行展望。
关键词细胞固定化固定化方法细胞固定载体生物反应器酒精发酵环境治理固定化技术包括固定化酶技术与固定化细胞技术。
固定化细胞技术起步较晚，在20世70年代后才从固定化酶技术发展而来，它是指通过物理或化学的方法将分散、游离的微生物细胞固定在某一限定空间区域内，以提高微生物细胞的浓度，使其保持较高的生物活性并反复利用的方法。
相对于固定化酶技术，该方法不需把酶从细胞中提取出来，且无需纯化，酶活力损失小。
目前，固定化细胞技术的应用范围涵盖生物学、生化工程、有机化学、合成化学、高分子化学、食品与发酵工业、环境净化、能源生产等多个领域，已经成为生物技术中十分活跃的跨学科研究领域。
本文主要对该技术及其应用进行了简单介绍，并对其发展前景进行展望。
一、生物细胞固定化技术1、细胞固定化的原理及方法固定化技术是使生物催化剂更广泛、更有效应用的一种重要手段，任何一种限制生物催化剂自由流动的技术都可以用于制备固定化生物催化剂。
由于细胞的种类多种多样，大小和特性各不相同，故此细胞固定化的方法有很多种。
Karel 等人将其归纳为表面吸附、多介质包埋、隔离和自凝集4大类；王建龙把目前常用的固定化方法分为吸附法、包埋法、胶联法和截留法；杨文英等介绍了吸附法、包埋法、共价结合法、胶联法、多孔物质包络法、超过滤法、多种固定化方法联用等7种常用方法；成庆利等按有无外加载体将细胞固定化方法分为有载体固定化法和无载体固定化法2种；张磊等按照固定化载体与方式的不同将其分为吸附法、包埋法、共价结合法和胶联法。
固定化细胞技术综述及其应用张弘扬高娟丽天津农学院农学与资源环境生物技术（1）班摘要固定化细胞是将动植物或微生物细胞固定于适当不溶性载体上一种技术，它既可以提高生产效率和生产能力、延长生产周期，又易于细胞分离和回收。
在生物、医药、环保、食品工业等方面得到了广泛应用。
本文重要简介了固定化细胞技术办法，载体选取与应用，综述了固定化细胞技术在工业、环境中应用，并对其发展前景进行展望。
核心词细胞固定化固定化办法细胞固定载体生物反映器酒精发酵环境治理固定化技术涉及固定化酶技术与固定化细胞技术。
固定化细胞技术起步较晚，在20世70年代后才从固定化酶技术发展而来，它是指通过物理或化学办法将分散、游离微生物细胞固定在某一限定空间区域内，以提高微生物细胞浓度，使其保持较高生物活性并重复运用办法。
相对于固定化酶技术，该办法不需把酶从细胞中提取出来，且无需纯化，酶活力损失小。
当前，固定化细胞技术应用范畴涵盖生物学、生化工程、有机化学、合成化学、高分子化学、食品与发酵工业、环境净化、能源生产等各种领域，已经成为生物技术中十分活跃跨学科研究领域。
本文重要对该技术及其应用进行了简朴简介，并对其发展前景进行展望。
一、生物细胞固定化技术1、细胞固定化原理及办法固定化技术是使生物催化剂更广泛、更有效应用一种重要手段，任何一种限制生物催化剂自由流动技术都可以用于制备固定化生物催化剂。
由于细胞种类各种各样，大小和特性各不相似，故此细胞固定化办法有诸各种。
Karel等人将其归纳为表面吸附、多介质包埋、隔离和自凝集4大类；王建龙把当前惯用固定化办法分为吸附法、包埋法、胶联法和截留法；杨文英等简介了吸附法、包埋法、共价结合法、胶联法、多孔物质包络法、超过滤法、各种固定化办法联用等7种惯用办法；成庆利等按有无外加载体将细胞固定化办法分为有载体固定化法和无载体固定化法2种；张磊等按照固定化载体与方式不同将其分为吸附法、包埋法、共价结合法和胶联法。
[1]老式细胞固定化办法有四大类：包埋法、吸附法、交联法、共价结合（偶联）法。
包埋法：运用物理办法将细胞包埋在多空载体内部而制成固定化细胞办法称为包埋法。
包埋法可分为凝胶包埋法和半透膜包埋法。
凝胶包埋法是应用最广泛细胞固定办法。
包埋法反映条件温和，酶蛋白构造很少受变化，并且固定化时保护剂存在不影响酶包埋产率。
此办法对大多数酶、粗酶制剂甚至完整微生物细胞都是合用。
但是包埋法仅合用于小分子底物和产物酶，并且由于底物和产物扩散受阻，酶反映速率也许受到影响。
吸附法：运用各种吸附剂，将细胞吸附在其表面而使细胞固定办法称为吸附法。
用于细胞固定化吸附剂重要有硅藻土、多孔陶瓷、多孔玻璃、多孔塑料、金属丝网、微载体、和中空纤维等。
按吸附原理又可分为物理吸附和离子吸附两种。
吸附法长处是操作简便、价廉、条件温和，对细胞活性影响小，但缺陷是细胞结合不牢且数目有限，条件变化时易脱落。
交联法：交联法又称无载固定化法，是一种不用载体工艺，通过化学、物理手段使生物体细胞间彼此附着交联。
化学交联法它普通是运用醛类、胺类等具备双功能或多功能基团交联剂与生物体之间形成共价键互相联结形成不溶性大分子而加以固定，所使用交联剂重要有戊二醛、聚乙烯酞胺、表氯醇等等。
物理交联法在是指在微生物培养过程中，恰当变化细胞悬浮液培养条件(如离子强度、温度、pH值等)，使微生物细胞之间发生直接作用而颗粒化或絮凝来实现固定化，即运用微生物自身自絮凝能力形成颗粒一种固定化技术。
该法操作简便，但在较激烈条件下进行，普通固定化细胞活性不高，因而该办法推广应用受到了一定限制。
共价结合（偶联）法。
共价结合法是细胞表面上官能团和固相支持物表面反映基团形成化学共价键连接，从而固定微生物。
该办法固定化微生物稳定性好，不易脱落，但限制了微生物活性，同步反映激烈，操作与控制复杂苛刻，并且成本较高。
尽管固定化办法各种各样，但没有一种抱负、普遍合用办法。
化学固定化法（涉及化学交联法和共价结合法）涉及细胞化学修饰，但化学试剂毒性对细胞会有损害，因而，不合用于制备固定化活细胞。
但由于细胞与细胞或细胞与载体间结合力强，因此操作稳定性高。
交联法和聚电解质复合包埋法突出长处是可以获得很高细胞密度，但由于缺少良好机械强度而不能得到广泛应用。
2、固定化细胞载体载体材料性质很大限度上决定了微生物附着固定和生长代谢状态，微生物量多少也与载体材料构造关于。
因而固定化细胞载体是细胞固定化技术能否成功核心因素。
2.1载体普通规定普通状况下，一种抱负优良载体应具备如下特性：固定化操作以便，成型快；载体表面应具备化学活性集团,可以直接或通过活化后与生物分子偶联；载体应具备一定容量,可以偶联足够生物分子；载体作用仅是使生物分子固定化,对生物分子无毒害作用，反映温和；载体应具备良好生物相容性,对反映物和生成物扩散阻力小；耐微生物分解，使用时间长和重复使用次数多；载体原材料广泛并且成本低廉。
事实上，很少有一种载体材料能满足上述所有条件。
普通总是依照工作性质去选取较为适当载体材料。
2.2载体材料影响因素普通状况下，固定化速率受载体材料表面粗糙度和电荷影响，载体材料表面粗糙度越大，微生物附着越稳定；同步载体材料表面空隙能较好地保护微生物，免受水力负荷损害。
研究表白微生物表面普通带负电荷，使用表面带正电荷材料作为固定化载体能中和微生物表面负电荷，可加速固定化速度，在液相中更易于微生物向载体表面传播。
2.3载体材料分类当前，固定化技术所使用载体材料重要有：天然载体材料、合成高分子载体材料、人造无机载体材料、复合载体材料等[2]。
（1）天然载体材料天然载体材料涉及天然无机载体材料和天然有机载体材料两大类。
其中，运用沙粒、沸石、硅藻土等制作为天然无机载体材料，此类载体在水中不易流化，表面积较小，吸附微生物量少，因而普通作为辅助材料。
天然有机载体材料重要运用琼脂、海藻酸盐等天然多糖类材料，这些材料均具备良好生物相容性、反映温和性、无毒性，多在研究和应用中被选用，其中又以海藻酸钠应用最为广泛[3]。
但天然有机载体缺陷是其制作固定化小球其强度稳定性较低，传质能力差，且易被微生物分解，故使用寿命较短，因而需及时更新制备，以补充降解所耗。
（2）合成高分子有机载体材料在实验和研究中常采用是聚乙烯醇（PVA）、聚乙二醇（PEG）、聚氨酯（PU）等作为原材料。
此类载体材料对微生物无毒害作用，反映温和，可提高微生物存活率，相比于天然载体材料，此类载体材料更不易被微生物降解，使用寿命更长，因而人们选用合成高分子载体较多。
聚乙烯醇是一种人工合成有机多聚体凝胶，作为包埋载体有机械强度高，化学性能稳定、对微生物无毒、抗微生物分解能力强、价格低廉和使用寿命长等长处[4]。
（3）人工制造无机载体材料此类载体材料运用是人为制造微孔构造将微生物进行固定，由此提高了载体中微生物浓度，从而达到更好解决效果。
常用人造无机载体有活性炭、多孔陶瓷、微孔玻璃、泡沫金属等。
这些材料对于微生物毒性较低，机械稳定性较高，因而提高了微生物对于废水耐受性，同步由于她们不会被微生物所降解，因而使用寿命普通比较长。
（4）复合载体材料由于有机载体材料和无机载体材料各有有缺陷，而两类材料在许多性能方面互补，因而，运用构成和构造可调控有机聚合物对老式无机载体材料进行改性修饰，制备兼具两者优良特性负荷载体用于微生物固定化研究，受到了众多学者青睐。
3、固定化细胞生物反映器固定化细胞生物反映器分类办法诸多，但重要按催化物分布形式，结合反映器机械构造进行分类。
依照生物催化物在反映器内分布形式可将生物反映器分为生物团块反映器和生物膜反映器[5]。
生物团块是指细胞被包埋或固定为絮凝物或颗粒，以及自身形成菌丝球，采用反映器涉及机械搅拌式反映器、鼓泡塔反映器气升式反映器和环流反映器。
生物膜是指微生物在支持物上形成一层黏膜状物，采用反映器有固定床（填充床）反映器、流化床反映器、生物转盘、渗滤器、膜反映器等。
如下是几种常用固定化细胞生物反映器。
填充床反映器：在此反映器中，细胞固定于支持物表面或内部，支持物颗粒堆叠成床，培养基在床层间流动。
填充床中单位体积细胞较多，由于混合效果不好，使得床内氧传递、气体排出、温度、pH控制较为困难。
此外支持物颗粒破碎还会使填充床阻塞。
流化床反映器：典型流化床是运用流体（液体或气体）能量使支持物颗粒处在悬浮状态。
该反映器混合效果较好，但流体剪切力和固体化颗粒碰撞常使支持物颗粒破损，此外，流体剪切力学复杂使其扩大生产困难。
膜反映器：膜固定化是采用品有一定孔径和选取透性膜固定细胞。
营养物质可以通过膜渗入到细胞中，细胞产生次级代谢产物通过膜释放到培养液中。
膜反映器重要有中空纤维反映器和螺旋卷绕反映器。
与凝胶固定化相比，膜反映器操作压下降较低，流体动力学易于控制，易于放大，并且提供更均匀环境条件，同步还可以进行产物及时分离以解除产物反馈抑制，但构建膜反器成本较高。
二、固定化细胞技术应用实例固定化细胞技术应用当前还处在研发阶段，高性能载体选取与研制、固定化细胞生物反映器性能提高，固定化细胞生长环境检测均有待发展。
因而，大规模生产应用受到限制。
但是，世界各国把固定化细胞研究成果应用于生产已产生了很大经济价值。
当前在食品、医药、环境解决等方面已经获得了初步成果。
（1）固定化酵母细胞在酒精发酵中应用老式葡萄酒生产多采用游离酵母细胞发酵，存在着发酵周期长、生产效率低下、不利于持续生产、酵母细胞不能重复使用、生产成本较高等许多缺陷，运用固定化细胞技术可以克服以上缺陷，实现葡萄酒迅速低温持续发酵。
低温发酵有助于提高酒度、改进葡萄酒香气和抑制细菌生长,但同步也会减慢发酵速度,延长发酵周期。
采用固定化酵母细胞进行持续发酵可以大幅度提高低温条件下酒精生产能力，加快发酵进程。
与游离细胞相比，固定化酵母细胞活化能大大减少，其在低温条件下对葡萄浆发酵速度也明显加快。
固定化酵母细胞持续发酵生产系统可持续操作而不污染，并且酒精生产能力也未见下降。
同步，对所得酒样进行分析表白，固定化细胞持续发酵制得葡萄酒总酸及挥发酸含量均低于游离细胞发酵制得葡萄酒[6]。
（2）固定化细胞技术在环境治理上应用当前随着经济发展，环境污染问题越来越明显，污水更是一种严峻问题。
过去化学、物理污水解决都不抱负，物理解决办法不彻底，化学解决办法会导致二次污染，而微生物在废水解决领域中具备独特优越性，慢慢突显出了它优势。
由于微生物在自然状态下浓度不是很高，解决效果不是较好，而分离、筛选出优势菌种加以固定，增强了细胞对有毒或高渗物质承受能力和降解能力，因而细胞固定技术得到了广泛应用，可用于解决氨氮废水、难降解有机废水、含重金属废水、有色废水等。
它具备效率高、稳定性强、耐负荷、产污泥量少等优势。
通过不断研究和改进，固定化细胞技术在废水治理领域中已成为一项高效而实用废水解决技术。
